美国挡不住了！中国科学家正把芯片制造带进氮化镓量子光源时代

4月18日，媒体记者从中国电子科技大学信息与量子实验室获悉，该实验室研究团队近日与清华大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所携手合作，成功研制出了氮化镓量子光源芯片，这一创新成果不仅代表了中国在量子技术领域的一次飞跃，也标志着电子科技大学“银杏一号”城域量子互联网研究平台在推动量子通信领域发展上取得了又一项重要进展。

据了解，量子光源芯片是量子互联网的核心器件，可以看作点亮“量子房间”的“量子灯泡”，让互联网用户拥有进行量子信息交互的能力。

研究团队通过迭代电子束曝光和干法刻蚀工艺，攻克了高质量氮化镓晶体薄膜生长、波导侧壁与表面散射损耗等技术难题，在国际上首次将氮化镓材料运用于量子光源芯片。

目前，量子光源芯片多使用氮化硅等材料进行研制，与之相比，氮化镓量子光源芯片在输出波长范围等关键指标上取得突破，输出波长范围从25.6纳米增加到100纳米，并可朝着单片集成发展｡“这意味着，量子灯泡可以点亮更多房间。”电子科技大学基础与前沿研究院教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强解释，通过为量子互联网的建设提供更多波长资源，可以满足更多用户采用不同波长接入量子互联网络的需求｡

而就在一个多月前，该团队将光纤通信波段固态量子存储的容量提升至1650个模式数，突破了该领域的世界纪录。接连的研究进展，将进一步为大容量、长距离、高保真量子互联网的建设提供关键器件基础｡

随着量子技术的飞速发展，量子光源芯片作为量子信息技术的核心器件，正在引领一场革命性的变革。目前，基于不同材料的量子光源芯片已展现出强大的应用潜力，并在量子通信、量子计算、量子成像和光谱传感等多个领域取得显著进展。

在量子光源芯片的研究领域，基于氮化硅材料的量子光源芯片已成为业内常用之选，其稳定性与高效性在量子通信和量子计算等领域得到了广泛应用｡与此同时，中国科学技术大学郭光灿院士团队与新加坡国立大学的合作成果更是令人瞩目，他们利用NbOCl2二维材料的非线性特性，成功制备出超薄量子光源，其厚度仅46纳米，刷新了国际最薄非线性量子光源的记录｡

德国与荷兰科学家组成的国际团队也取得了重要突破，他们首次将能发射纠缠光子的量子光源完全集成在一块芯片上。这种光源的尺寸仅为目前设备的1/1000以下，不仅提高了稳定性和可扩展性，还具备大规模生产的潜力｡这一技术的实现，为量子光源芯片的集成化和实用化迈出了坚实的一步｡

量子光源芯片在量子通信领域的应用尤为突出｡它们能够产生用于量子密钥分发的单光子或纠缠光子对，为实现理论上无法被破解的通信安全提供了可能。此外，在量子计算领域，量子光源芯片也发挥着至关重要的作用，作为产生和操控量子比特的光源，它们为量子信息的编码和运算提供了有力支持。

值得一提的是，量子光源芯片在量子成像和光谱传感领域的应用也展现出巨大潜力，它们能够用于高灵敏度的光谱测量和成像技术，为环境监测、遥感遥测、生物医学成像等领域提供了新的解决方案｡

此外，张巍教授团队的最新研究成果也进一步丰富了量子光源芯片的应用场景。他们通过集成量子光源阵列和片上量子干涉，实现了量子密钥分发网络的动态路由功能，为拓展量子网络规模和丰富量子网络功能提供了新思路。同时，该团队还在硅光量子芯片的光学结构上集成了超导纳米线单光子探测器，推动了光谱感知技术的发展｡

中国对量子光源芯片的研究和开发正在推动量子技术从理论走向实际应用，其巨大的应用潜力和广阔的市场前景将吸引越来越多的科研机构和企业投入其中，这仍然是这个行业一切行动的动力之源。（策划：芷洁）